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JP6045597B2 - Solid state lighting module with improved heat spreader - Google Patents

Solid state lighting module with improved heat spreader Download PDF

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Description

本発明は、ソケットへの回転取付け用ソリッドステート照明モジュールと、このようなソリッドステート照明モジュールを収容するためのソケットとに関する。   The present invention relates to a solid state lighting module for rotational mounting to a socket and a socket for housing such a solid state lighting module.

ソリッドステート照明は、さまざまな分野の多くの種々異なるアプリケーションで使用されている。発光ダイオード(LED)は、日常的な照明においてよく使用されるソリッドステート光源の例である。   Solid state lighting is used in many different applications in different fields. Light emitting diodes (LEDs) are an example of a solid state light source that is often used in everyday lighting.

ソリッドステート光源の持つ主な利点のうちの1つは、これらの長い寿命であり、このことは、ソリッドステート照明がますます照明に使用される理由の一つである。LEDランプの動作寿命は、白熱灯よりも20倍長い約10万時間である。ソリッドステート光源の余寿命がかなり長い場合であっても、ソリッドステート光源を、個々のデバイスにおける故障に起因して、又は、種々異なる光出力特性を提供するために、種々異なるソリッドステート光源間で交替するために、置き換えることが可能であることは興味深い。それ故に、置換及びソリッドステート光源をアップグレードする可能性を可能にするソリッドステート照明用のモジュール・システムが、販売されている。このようなモジュール・システムは、ソリッドステート照明モジュール及びソケットを含む。ソリッドステート照明モジュールは、回転によりソケットに取付けられる。   One of the main advantages of solid state light sources is their long lifetime, which is one reason why solid state lighting is increasingly used for lighting. The operating life of LED lamps is about 100,000 hours, 20 times longer than incandescent lamps. Even if the remaining lifetime of a solid state light source is quite long, the solid state light source can be used between different solid state light sources due to failures in individual devices or to provide different light output characteristics. It is interesting that it is possible to replace it for replacement. Therefore, module systems for solid-state lighting that allow the possibility of replacing and upgrading solid-state light sources are on the market. Such a module system includes a solid state lighting module and a socket. The solid state lighting module is attached to the socket by rotation.

回転取付け用ソリッドステート照明の重要な特徴は、ソリッドステート光源により生成された熱を効率的な態様で放散させることである、何故なら、熱は、ソリッドステート光源の寿命を縮め、且つ、性能を低下させ得るからである。   An important feature of rotating-mount solid-state lighting is the efficient dissipation of heat generated by the solid-state light source because heat reduces the life of the solid-state light source and reduces performance. This is because it can be lowered.

本発明の目的は、ソリッドステート照明モジュールと回転取付け用のソケットとの間の改良された放熱を提供することである。   It is an object of the present invention to provide improved heat dissipation between a solid state lighting module and a socket for rotational mounting.

本発明の第1の態様によると、この目的及び他の目的は、回転軸の周りでのソリッドステート照明モジュールの回転によるソケットへの取付け用ソリッドステート照明モジュールにより達成され、前記ソリッドステート照明モジュールは、少なくとも一つのソリッドステート光源と、対向して配置され、且つ、互いに熱的接続する第1の表面及び第2の表面を有する熱拡散部材であって、前記第1の表面は、少なくとも一つの前記ソリッドステート光源と熱的接続する当該熱拡散部材と、前記熱拡散部材の前記第2の表面を前記ソケットの中に含まれるヒートシンクと熱的接続させるために、前記ソケットに含まれる対応する締結手段と協動するように配置される締結手段とを有し、前記熱拡散部材の前記第2の表面は、前記回転軸に関して実質的に同心円状に配置された少なくとも一つの山及び少なくとも一つの谷を持つ表面トポグラフィを有する。   According to a first aspect of the present invention, this and other objects are achieved by a solid state lighting module for mounting in a socket by rotation of a solid state lighting module about a rotation axis, said solid state lighting module comprising: A heat diffusing member having a first surface and a second surface disposed in opposition to at least one solid state light source and thermally connected to each other, wherein the first surface comprises at least one solid state light source The thermal diffusion member in thermal connection with the solid state light source, and a corresponding fastening included in the socket for thermally connecting the second surface of the thermal diffusion member with a heat sink included in the socket. Fastening means arranged to cooperate with the means, wherein the second surface of the heat spreading member is relative to the axis of rotation. Qualitatively it has a surface topography with at least one peak and at least one trough arranged concentrically.

本コンテキストにおいて、表面トポグラフィは、表面構造における変化として理解されるべきである。   In this context, surface topography should be understood as a change in surface structure.

本コンテキストにおいて、ソリッドステート光源なる用語は、例えば発光ダイオード又はレーザダイオードなどの半導体ベースの光源として理解されるべきである。   In this context, the term solid state light source should be understood as a semiconductor-based light source, for example a light emitting diode or a laser diode.

熱拡散部材の第2の表面は、有利には上述の回転軸と実質的に垂直であってもよく、この軸の周りで、ソリッドステート照明モジュールは、ソケットへの取付けの間、回転される。   The second surface of the heat spreading member may advantageously be substantially perpendicular to the axis of rotation described above, about which the solid state lighting module is rotated during attachment to the socket .

締結手段は、回転による取付けが可能な任意のタイプの手段であってよい。例は、バヨネット結合及びねじ山を含む。   The fastening means may be any type of means that can be attached by rotation. Examples include bayonet connections and threads.

本発明は、熱拡散部材の同じ外周に対するより良好な熱伝導が、熱拡散部材とヒートシンクとの間の接触面積の増大により達成することができると、いう理解に基づく。このことは、熱拡散部材の中に少なくとも一つの山及び少なくとも一つの谷を有する表面変化を付与することにより達成され、表面変化は、熱拡散部材の第2の表面の面積を増大させ、かくして、熱的にヒートシンクに接触し、これによって、ソリッドステート光源からの熱の移動を改良する熱拡散部材の増大された面積を可能にする。本発明者は、この増大された接触面積は、回転軸に関して同心円状の熱拡散部材の表面トポグラフィを提供することにより、ソケットへの回転取付け用ソリッドステート照明モジュールに対して達成され得ることに更に気付いた。表面変化は、回転軸の周りに同じ半径で実質的に等しい。   The present invention is based on the understanding that better heat conduction to the same outer periphery of the heat diffusing member can be achieved by increasing the contact area between the heat diffusing member and the heat sink. This is accomplished by providing a surface change having at least one peak and at least one valley in the heat spreading member, the surface change increasing the area of the second surface of the heat spreading member and thus. Thermally contacts the heat sink, thereby allowing an increased area of the heat spreading member that improves heat transfer from the solid state light source. The inventor further noted that this increased contact area can be achieved for a solid state lighting module for rotational mounting to a socket by providing a surface topography of the heat spreading member concentric with respect to the axis of rotation. Noticed. The surface changes are substantially equal with the same radius around the axis of rotation.

1つの実施形態によると、前記熱拡散部材の前記第2の表面は、前記回転軸に関して実質的に同心円状に配置された複数の山及び谷を持つ表面トポグラフィを有する。   According to one embodiment, the second surface of the heat spreading member has a surface topography having a plurality of peaks and valleys arranged substantially concentrically with respect to the axis of rotation.

前記熱拡散部材の表面変化は、正弦曲線でもよい。   The surface change of the heat diffusing member may be a sine curve.

1つの実施形態によると、熱拡散部材の表面トポグラフィの山と谷との間の頂点間振幅は、少なくとも250μmである。接触面積の一定の所望の増大が達成される場合、小さな頂点間振幅を持つ表面トポグラフィは、大きい頂点間振幅を持つ表面トポグラフィよりも数多くの山及び谷を必要とする。より少ない数の山及び谷(及び回転軸に垂直な方向における隣り合う山/谷間のより大きな距離)を有する場合、ソリッドステート照明モジュール(及びソケット)の製造公差の要求は、より厳しくないものになる。従って、少なくとも1mmの熱拡散部材の表面トポグラフィの山と谷との間の頂点間振幅が、更に有利である。   According to one embodiment, the peak-to-peak amplitude between the peaks and valleys of the surface topography of the heat spreading member is at least 250 μm. If a certain desired increase in contact area is achieved, surface topography with small inter-vertex amplitude requires more peaks and valleys than surface topography with large inter-vertex amplitude. With a smaller number of peaks and valleys (and a greater distance between adjacent peaks / valleys in a direction perpendicular to the axis of rotation), the manufacturing tolerance requirements for solid state lighting modules (and sockets) are less stringent. Become. Therefore, the peak-to-peak amplitude between the peaks and valleys of the surface topography of the heat spreading member of at least 1 mm is even more advantageous.

さまざまな実施形態によると、更に、隣り合う山の間及び/又は谷の間の、回転軸と垂直な方向における距離は、少なくとも0.5mmでもよく、これによって、接触面積の増大が、製造公差及び位置決め公差の合理的要求を具備して達成され得る。   According to various embodiments, further, the distance between adjacent peaks and / or valleys in a direction perpendicular to the axis of rotation may be at least 0.5 mm, which increases the contact area due to manufacturing tolerances. And can be achieved with reasonable requirements of positioning tolerances.

更に、山及び谷は、丸くてもよい。これによって、山及び谷が鋭い端部を持つ場合に比べて、製造公差の要求は、軽減される。従って、熱拡散部材とヒートシンクとの間の改良された熱的接触が、潜在的に高コストの高精度加工を実質的に必要とせずに、達成され得る。   Furthermore, the peaks and valleys may be round. This reduces manufacturing tolerance requirements compared to the case where peaks and valleys have sharp edges. Thus, improved thermal contact between the heat spreading member and the heat sink can be achieved without substantially requiring potentially high cost precision machining.

山及び谷は、少なくとも0.5mmの曲率半径で有利に丸くされてもよい。   The peaks and valleys may be advantageously rounded with a radius of curvature of at least 0.5 mm.

前述したように、ソリッドステート照明モジュールの熱拡散部材とソケットのヒートシンクとの間の接触面積の全体的な増大は、主に、山と谷との間の頂点間振幅と、山及び谷の周波数又は密度(すなわち、ひだの密度)とに依存する。例えば、実質的に正弦曲線の断面を備える、頂点間振幅と波長との比率が少なくとも1である表面トポグラフィの場合、接触面積の増大は、平坦な熱拡散部材を備える場合と比べると、熱管理のために必要とされる空間を増大することなしに、少なくとも約60%である。   As described above, the overall increase in the contact area between the heat diffusing member of the solid state lighting module and the heat sink of the socket is mainly due to the peak-to-peak amplitude between the peaks and valleys and the frequency of the peaks and valleys. Or it depends on the density (ie the density of the pleats). For example, in the case of a surface topography with a substantially sinusoidal cross-section and a ratio of peak-to-vertex amplitude to wavelength of at least 1, the increase in contact area is greater than that with a flat thermal diffusion member. At least about 60% without increasing the space required for

本発明のさまざまな実施形態によるソリッドステート照明モジュールは、熱拡散部材が幾つかの種々異なる材料及び種々異なる構成を有するように、有利に設計されてもよい。熱拡散部材は、ソリッドステート光源により生成される熱の効果的な伝導のために良好な熱伝導率に提供する金属製プレート、スラブ、又はシートでもよい。熱拡散部材は、例えば金属合金、熱エポキシ、グラファイト、ダイヤモンド、又は他の炭素系物質などの他の物質を含んでもよい。   Solid state lighting modules according to various embodiments of the present invention may be advantageously designed such that the heat spreading member has several different materials and different configurations. The heat spreading member may be a metal plate, slab, or sheet that provides good thermal conductivity for effective conduction of heat generated by the solid state light source. The heat spreading member may include other materials such as metal alloys, thermal epoxies, graphite, diamond, or other carbon-based materials.

金属などの導電性材料を熱拡散部材に使用する更なる利点は、ソリッドステート照明モジュールとソケットとの間の付加的なアース接点が必要でないということであり、このことは、製造を容易にし、コストを削減し、又は堅牢性を増大させる。   A further advantage of using a conductive material such as metal for the heat spreader is that no additional ground contact between the solid state lighting module and the socket is required, which facilitates manufacturing, Reduce costs or increase robustness.

回転取付け用の熱拡散部材の巨視的な同心円状の表面変化、例えば1mmの頂点間にわたる表面変化は、ヒートシンクと熱的接触される熱拡散部材の面積を増大することにより、熱伝達を非常に向上させる。巨視的な表面変化の他に、熱拡散部材の表面は、一般に、マイクロメータースケールで凹凸を有してもよい。凹凸は、表面間の物理的接触及び熱伝達を減少させる間隙空気を含む。   A macroscopic concentric surface change of a heat spreading member for rotational mounting, for example, a surface change across the apex of 1 mm, greatly increases the heat transfer area by increasing the area of the heat spreading member that is in thermal contact with the heat sink. Improve. In addition to the macroscopic surface change, the surface of the thermal diffusion member may generally have irregularities on a micrometer scale. The irregularities include interstitial air that reduces physical contact and heat transfer between the surfaces.

本発明の一つの実施形態によると、接触面積は、熱拡散部材に圧力を付与するときに、ソリッドステート照明モジュールの方に曲がる付勢ばねとして配置される金属シートを有する熱拡散部材を提供することにより更に増大される。   According to one embodiment of the present invention, the contact area provides a heat spreading member having a metal sheet arranged as a biasing spring that bends toward the solid state lighting module when applying pressure to the heat spreading member. This is further increased.

一つの実施形態では、熱拡散部材は、ソリッドステート照明モジュールのソケットへの取付け時に、熱拡散部材をヒートシンクと接触させるときに、ソリッドステート光源に向かう方向に曲がる付勢ばねとして配置される金属シートを含んでもよい。   In one embodiment, the heat diffusing member is disposed as a biasing spring that bends in a direction toward the solid state light source when the solid state lighting module is attached to the socket when the heat diffusing member contacts the heat sink. May be included.

シートのばね力が締結手段により克服されるとき、金属シートは、ソケットの中のヒートシンクと熱的接触される。金属シートをヒートシンクの微小表面変化に実質的に適合させるために、金属シートは、十分に薄くなければならない。しかしながら、熱伝導率は、より薄い金属シートに対して低下する。適切な厚みの範囲は、金属シート用に選択される材料に依存する。アルミニウムについては、金属シート用の最適な厚みの範囲は、0.1―1.5mmであり、ステンレス鋼については、最適な厚みの範囲は、0.05―0.3mmである。更に材料の適切な選択となり得る銅については、最適な厚みの範囲は、0.05―0.5mmである。   When the spring force of the sheet is overcome by the fastening means, the metal sheet is in thermal contact with the heat sink in the socket. In order for the metal sheet to substantially match the microsurface changes of the heat sink, the metal sheet must be thin enough. However, the thermal conductivity is reduced for thinner metal sheets. The appropriate thickness range depends on the material selected for the metal sheet. For aluminum, the optimum thickness range for metal sheets is 0.1-1.5 mm, and for stainless steel, the optimum thickness range is 0.05-0.3 mm. Furthermore, for copper, which can be a suitable choice of material, the optimum thickness range is 0.05-0.5 mm.

ばねが装着された金属シートを使用する付加的な利点は、金属シートを調整することができ、熱拡散部材の表面トポグラフィの山及び谷とヒートシンクとの間の任意の不整合に適合させ得ることである。   An additional advantage of using a spring loaded metal sheet is that the metal sheet can be adjusted and adapted to any mismatch between the surface topography peaks and valleys of the heat spreader and the heat sink. It is.

別の実施形態によると、ソリッドステート光源から離れる方に面する熱拡散部材の一部は、ブリネル硬度スケールで60未満の硬度を有する金属でできていてもよい。   According to another embodiment, the portion of the thermal diffusion member facing away from the solid state light source may be made of a metal having a hardness of less than 60 on the Brinell hardness scale.

このような軟質金属の例は、例えば1000系のアルミニウム、スズ、銀、又は鉛を含む。熱伝導材料及び金属シートを用いる解決策から離れて、発明者は、ブリネル硬度スケールで60未満の硬度を持つ金属を第2の表面に隣接する熱拡散部材の一部として用いることにより、更に放熱を改善するやり方にも気付いた。ソケットへのソリッドステート照明モジュールの回転取付けは、ヒートシンクの微小な凹凸に適合するように、金属を効果的に変形させる。   Examples of such soft metals include, for example, 1000 series aluminum, tin, silver, or lead. Apart from solutions using heat conducting materials and metal sheets, the inventor further dissipated heat by using a metal having a hardness of less than 60 on the Brinell hardness scale as part of the heat spreading member adjacent to the second surface. Also noticed how to improve. The rotational mounting of the solid state lighting module to the socket effectively deforms the metal to fit the small irregularities of the heat sink.

回転取付けは、熱拡散部材とヒートシンクとの間の良好な熱的接触を確実にするために貢献する。この実施形態の更なる利点は、回転取付けが、熱拡散部材の適合可能な表面層により、熱拡散部材が放熱を改善するためにヒートシンクの微小な凹凸に適合しながら、より少ない労力で実行されるということである。   Rotational mounting contributes to ensure good thermal contact between the heat spreading member and the heat sink. A further advantage of this embodiment is that the rotational mounting is performed with less effort, with the adaptable surface layer of the heat diffusing member, while the heat diffusing member adapts to the minute irregularities of the heat sink to improve heat dissipation. That is.

一つの実施形態による熱伝達における更なる改良は、熱拡散部材の第2の表面は、熱伝導材料で少なくとも部分的に覆われるということである。熱伝導材料は、ペースト状で有利に提供されてもよく、熱界面が粒子汚染などの表面凹凸の周りに形成されることを許容する。例えば、熱グリースは、熱拡散部材とヒートシンクとの間に間隙空気のボイドを減らすために用いられることができる。空気は良好な熱導体ではない、従って、熱伝導材料が放熱を改善する補完物として用いられてもよく、その理由は、滑らかな表面でさえマイクロメータースケールで空気の小さなギャップを有するからである。熱グリースの層は、回転取付けの間、摩擦を減らすように調整することもできる。   A further improvement in heat transfer according to one embodiment is that the second surface of the heat spreading member is at least partially covered with a heat conducting material. The thermally conductive material may be advantageously provided in the form of a paste, allowing a thermal interface to be formed around surface irregularities such as particle contamination. For example, thermal grease can be used to reduce voids in the gap air between the heat spreading member and the heat sink. Air is not a good heat conductor, so heat-conducting materials may be used as a complement to improve heat dissipation because even smooth surfaces have a small gap of air on the micrometer scale. . The layer of thermal grease can also be adjusted to reduce friction during rotational mounting.

一つの実施形態によれば、熱拡散部材の第2の表面は、前記ソケットとの前記ソリッドステート照明モジュールの取付けの間、摩擦を減らすために前記熱伝導材料を少なくとも部分的に覆うように配置される熱拡散部材の第2の表面上にライナーを更に含む。   According to one embodiment, the second surface of the heat spreading member is arranged to at least partially cover the thermally conductive material to reduce friction during attachment of the solid state lighting module to the socket. A liner is further included on the second surface of the heat spreading member.

前記ライナーは、より簡単な回転取付けのために、より摩擦の少ない層をつくるように配置されるプラスチック材料でもよい。   The liner may be a plastic material that is arranged to create a less frictional layer for easier rotational mounting.

本発明の第2の態様によると、先行する請求項のいずれか一項によるソリッドステート照明モジュールを、回転軸の周りでの回転により収容するためのソケットが提供され、前記ソケットは、ヒートシンクと、前記ヒートシンクの表面をソリッドステート照明モジュールに含まれる前記熱拡散部材の前記第2の表面と熱的接続させるために、ソリッドステート照明モジュールに含まれる対応する締結手段と協働するように配置される締結手段とを含み、前記ヒートシンクの前記表面は、前記回転軸に関して実質的に同心円状に配置された少なくとも1つの山と少なくとも1つの谷とを持つ表面トポグラフィを有する。熱拡散部材及びヒートシンクの表面変化は、各々を補完するように配置される。例えば、熱拡散部材の表面変化における隆起部は、ヒートシンクの表面変化における均等な凹部に対応する。   According to a second aspect of the present invention there is provided a socket for receiving a solid state lighting module according to any one of the preceding claims by rotation about a rotation axis, said socket comprising: a heat sink; Arranged in cooperation with corresponding fastening means included in the solid state lighting module to thermally connect the surface of the heat sink with the second surface of the heat spreading member included in the solid state lighting module. Fastening means, the surface of the heat sink having a surface topography having at least one peak and at least one valley arranged substantially concentrically with respect to the axis of rotation. The surface changes of the heat diffusion member and the heat sink are arranged to complement each other. For example, the raised portion in the surface change of the heat diffusing member corresponds to a uniform recess in the surface change of the heat sink.

更に、本発明の第1の態様によるソリッドステート照明モジュールは、ソリッドステート照明デバイスの中に有利に含まれてもよく、前記ソリッドステート照明デバイスは、回転軸の周りでの回転によりソリッドステート照明モジュールを収容するためのソケットを更に含み、前記ソケットは、ヒートシンクと、ソリッドステート照明モジュールの中に含まれる対応する締結手段と協働し、ヒートシンクの表面と熱拡散部材の第2の表面との間に熱的接続を提供する締結手段とを有する。ヒートシンクの表面の表面トポグラフィは、熱拡散部材の第2の表面の表面トポグラフィと実質的に逆である。有利にも、ヒートシンクの表面は、可塑性材料を含んでもよく、それ故に、熱拡散部材の表面トポグラフィに実質的に合致するようにヒートシンクの表面に提供され、従って、ヒートシンクの表面の表面トポグラフィは、実質的に熱拡散部材の第2の表面の表面トポグラフィの逆である。代替的に、熱拡散部材の表面トポグラフィは、回転軸に対して実質的に同心円状に配置された少なくとも一つの山及び少なくとも一つの谷を含み、ソリッドステート照明モジュールの熱拡散部材の山は、ソケットのヒートシンクの対応する谷に適合するよう構成される。   Furthermore, the solid-state lighting module according to the first aspect of the present invention may be advantageously included in a solid-state lighting device, said solid-state lighting module being rotated around a rotation axis. Further comprising a socket for housing the heat sink and a corresponding fastening means included in the solid state lighting module, between the surface of the heat sink and the second surface of the heat spreading member. And fastening means for providing a thermal connection. The surface topography of the surface of the heat sink is substantially opposite to the surface topography of the second surface of the heat spreading member. Advantageously, the surface of the heat sink may comprise a plastic material and is therefore provided on the surface of the heat sink to substantially match the surface topography of the heat spreading member, and therefore the surface topography of the surface of the heat sink is Substantially the reverse of the surface topography of the second surface of the heat spreading member. Alternatively, the surface topography of the heat spreading member includes at least one peak and at least one valley arranged substantially concentrically with respect to the axis of rotation, wherein the peak of the heat spreading member of the solid state lighting module is: Constructed to fit the corresponding valley of the heat sink of the socket.

本発明は、請求項に列挙される特徴のすべての可能な組合せに関することに留意されたい。   It should be noted that the invention relates to all possible combinations of the features listed in the claims.

本発明のこれら及び他の態様は、発明の実施形態例を示す添付の図面を参照して、ここに詳細に説明されるであろう。   These and other aspects of the invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments of the invention.

図1は、本発明の実施形態によるソリッドステート照明モジュールと、本発明の実施形態によるソケットとを含むソリッドステート照明デバイスを模式的に例示する。FIG. 1 schematically illustrates a solid state lighting device including a solid state lighting module according to an embodiment of the present invention and a socket according to an embodiment of the present invention. 図2は、ソリッドステート照明モジュールの中に含まれる熱拡散部材とソケットの中に含まれるヒートシンクとの間の熱的接続を模式的に例示する図1におけるソリッドステート照明デバイスの部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the solid state lighting device in FIG. 1 schematically illustrating a thermal connection between a heat spreading member included in the solid state lighting module and a heat sink included in the socket. . 図3aは、ソリッドステート照明モジュールの中に含まれる熱拡散部材とソケットの中に含まれるヒートシンクとの間の、熱拡散部材とヒートシンクとのサーマルインターフェースの熱的接続を、2つの異なる例示実施形態について例示する拡大部分断面図の一つである。FIG. 3a illustrates two different exemplary embodiments of the thermal connection of the thermal interface between the heat spreading member and the heat sink between the heat spreading member contained in the solid state lighting module and the heat sink contained in the socket. It is one of the expanded fragmentary sectional views illustrated about. 図3bは、ソリッドステート照明モジュールの中に含まれる熱拡散部材とソケットの中に含まれるヒートシンクとの間の、熱拡散部材とヒートシンクとのサーマルインターフェースの熱的接続を、2つの異なる例示実施形態について例示する拡大部分断面図の一つである。FIG. 3b illustrates two different exemplary embodiments of the thermal connection of the thermal interface between the heat spreading member and the heat sink between the heat spreading member contained in the solid state lighting module and the heat sink contained in the socket. It is one of the expanded fragmentary sectional views illustrated about. 図4aは、本発明によるソリッドステート照明モジュールの別の実施形態の模式的な部分断面図である。FIG. 4a is a schematic partial cross-sectional view of another embodiment of a solid state lighting module according to the present invention. 図4bは、ソリッドステート照明モジュールの中に含まれる熱拡散部材とソケットの中に含まれるヒートシンクとの間の、熱拡散部材とヒートシンクとのサーマルインターフェースの熱的接続を、図4aにおける熱拡散部材を含む更なる実施形態について例示する拡大断面図である。FIG. 4b shows the thermal connection of the thermal interface between the heat spreading member and the heat sink between the heat spreading member contained in the solid state lighting module and the heat sink contained in the socket. It is an expanded sectional view which illustrates about further embodiment containing this.

以下の説明では、本発明は、LEDモジュールがバヨネットタイプの締結手段を用いてソケットに取付けられるLEDベースの発光デバイスに関して説明される。   In the following description, the present invention will be described with respect to an LED-based light emitting device in which the LED module is attached to the socket using bayonet type fastening means.

これは、本発明の範囲を決して限定するものではない点に留意するべきであり、これは、例えば半導体レーザーを含む他のソリッドステート照明モジュールに等しく適用可能である。更に、ソリッドステート照明モジュールは、例えばネジ接続部などの他の種類の締結手段を用いてソケットに取付け可能でもよい。   It should be noted that this in no way limits the scope of the invention, which is equally applicable to other solid state lighting modules including, for example, semiconductor lasers. Furthermore, the solid state lighting module may be attachable to the socket using other types of fastening means such as, for example, screw connections.

図1は、ソリッドステート照明モジュール102及びソケット103を含むソリッドステート照明デバイス101を模式的に例示する。   FIG. 1 schematically illustrates a solid state lighting device 101 that includes a solid state lighting module 102 and a socket 103.

ソリッドステート照明モジュール102は、プリント回路基板107、発光ダイオード(LED)112の形式の複数のソリッドステート光源、ヒートスプレッダ104、実質的に円筒状の筐体105、反射器108、光学的に透過性のトップカバー106、及び、ここでは突出部又は突起部109の形式の締結手段を含む。LED112は、プリント回路基板107に電気的に、且つ、熱的に接続され、そして、この動作の間、LED112により生成される熱を放散させるために、ヒートスプレッダ104に熱的に接続される。円筒筐体105及びトップカバー106は、LED112を囲む筐体を形成するように配置され、反射器108は、LED112により放射される光を平行にするためにこの筐体の内部に配置される。   The solid state lighting module 102 includes a printed circuit board 107, a plurality of solid state light sources in the form of light emitting diodes (LEDs) 112, a heat spreader 104, a substantially cylindrical housing 105, a reflector 108, an optically transmissive. It includes a top cover 106 and fastening means in the form of protrusions or protrusions 109 here. The LED 112 is electrically and thermally connected to the printed circuit board 107 and is thermally connected to the heat spreader 104 to dissipate the heat generated by the LED 112 during this operation. The cylindrical housing 105 and the top cover 106 are disposed so as to form a housing surrounding the LED 112, and the reflector 108 is disposed inside the housing to collimate the light emitted by the LED 112.

ソケット103は、ヒートシンク110と凹部113の形式の締結手段とを含む。図1に模式的に示されているように、ソリッドステート照明モジュール102は、ソリッドステート照明モジュール102の突起部109をソケットの対応する凹部113に軸方向に挿入して、ソリッドステート照明モジュール102を回転の軸111周りに回転させることによりソケット103に取付けられる。突起部109及び凹部113の構成により、ソリッドステート照明デバイスは、ヒートスプレッダ104がヒートシンク110に押し付けられるような態様で、その後ソケットに固定される。同時に、LEDは、ソリッドステート照明モジュール102のLED112を電気的に接続するためのソケット103の中に含まれる接続手段(図1に不図示)を介して、電力部に接続される。   The socket 103 includes a heat sink 110 and fastening means in the form of a recess 113. As schematically shown in FIG. 1, the solid state lighting module 102 inserts the protrusion 109 of the solid state lighting module 102 into the corresponding recess 113 of the socket in the axial direction so that the solid state lighting module 102 is inserted. It is attached to the socket 103 by rotating around a rotation axis 111. Due to the configuration of the protrusion 109 and the recess 113, the solid state lighting device is then secured to the socket in such a manner that the heat spreader 104 is pressed against the heat sink 110. At the same time, the LEDs are connected to the power unit via connection means (not shown in FIG. 1) included in the socket 103 for electrically connecting the LEDs 112 of the solid state lighting module 102.

ソリッドステート照明モジュール102のヒートスプレッダ104がソケット103のヒートシンク110に押し付けられると、ヒートスプレッダ104とヒートシンク110との間の熱的接続は達成される。本発明のさまざまな実施形態によると、この熱的接続は、ヒートスプレッダ104及びヒートシンク110の適切な表面トポグラフィを通して、ヒートスプレッダ104とヒートシンク110との間の接触面積を増大することにより、従来技術と比べて改良される。   When the heat spreader 104 of the solid state lighting module 102 is pressed against the heat sink 110 of the socket 103, a thermal connection between the heat spreader 104 and the heat sink 110 is achieved. According to various embodiments of the present invention, this thermal connection is achieved by increasing the contact area between the heat spreader 104 and the heat sink 110 through appropriate surface topography of the heat spreader 104 and the heat sink 110 as compared to the prior art. Improved.

図1に模式的に例示されているように、ヒートスプレッダ104は、LED112の方を向く第1の表面114と、LED112から離れる方(及びソリッドステート照明モジュールがソケット103に取付けられたときには、ヒートシンク110の方)を向く第2の表面115とを有する。第2の表面114は、回転軸111に関して実質的に同心円状に配置された複数の山119及び谷120を持つ表面トポグラフィを有する。これは、ソリッドステート照明モジュール102が適切なソケット103に取付けられるときに、回転取付け及び増大された熱的接触面積を可能にする。図1に模式的に示されているように、このようなソケット103は、ソリッドステート照明モジュール102のヒートスプレッダ104の表面トポグラフィと実質的に逆の表面トポグラフィを持つヒートシンクを有してもよい。特に、図1のソケット103のヒートシンク110は、ソケット103の収容開口部の方を向く上面116を有する。上面116は、ヒートスプレッダ104の山119及び谷120と比較して逆構成に、回転の軸111に関して同心円状に配置された複数の山117及び谷118を持つ表面トポグラフィを有する。代替的に、ヒートシンク110は、ヒートスプレッダ104の表面トポグラフィに適合する材料でできていてもよい。   As schematically illustrated in FIG. 1, the heat spreader 104 includes a first surface 114 facing the LED 112 and a side away from the LED 112 (and a heat sink 110 when the solid state lighting module is attached to the socket 103. And the second surface 115 facing the other side. The second surface 114 has a surface topography having a plurality of peaks 119 and valleys 120 arranged substantially concentrically with respect to the rotation axis 111. This allows for rotational mounting and increased thermal contact area when the solid state lighting module 102 is mounted in a suitable socket 103. As schematically shown in FIG. 1, such a socket 103 may have a heat sink having a surface topography that is substantially the opposite of the surface topography of the heat spreader 104 of the solid state lighting module 102. In particular, the heat sink 110 of the socket 103 of FIG. 1 has an upper surface 116 that faces toward the receiving opening of the socket 103. The top surface 116 has a surface topography having a plurality of peaks 117 and valleys 118 arranged concentrically with respect to the axis 111 of rotation in an opposite configuration compared to the peaks 119 and valleys 120 of the heat spreader 104. Alternatively, the heat sink 110 may be made of a material that is compatible with the surface topography of the heat spreader 104.

図1におけるソリッドステート照明デバイス101の模式的な部分断面図である図2は、ヒートスプレッダ104の対応する山及び谷を持つ表面トポグラフィにより、ソリッドステート照明モジュール102のヒートスプレッダ104がソケット103のヒートシンク110に押し付けられたときに達成される増大された熱的接触面積を例示する。   FIG. 2, which is a schematic partial cross-sectional view of the solid-state lighting device 101 in FIG. 6 illustrates the increased thermal contact area achieved when pressed.

種々異なるヒートスプレッダ構成を備える本発明によるソリッドステート照明モジュールのさまざまな実施形態は、ここで図3a及び図3b、並びに、図4a及び図4bを参照して説明されるであろう。   Various embodiments of the solid state lighting module according to the present invention with different heat spreader configurations will now be described with reference to FIGS. 3a and 3b and FIGS. 4a and 4b.

図1及び図2に模式的に例示されるヒートスプレッダ104及びヒートシンク110の対応する山及び谷を持つ表面トポグラフィは、平坦なヒートシンクに押し付けられる平坦なヒートスプレッダを備える従来の構成と比べて、熱的接触面積を増大させる。熱的接触面積の更なる増大は、ヒートスプレッダ104及び/又はヒートシンク110のマイクロスケールの表面変化を処理することによっても達成することができ、処理をしないと、ヒートスプレッダ104とヒートシンク110との間の微小な空洞部分の原因となるだろう。   The surface topography with corresponding peaks and valleys of the heat spreader 104 and heat sink 110 schematically illustrated in FIGS. 1 and 2 is in thermal contact compared to a conventional configuration with a flat heat spreader pressed against a flat heat sink. Increase area. Further increases in the thermal contact area can also be achieved by processing microscale surface changes of the heat spreader 104 and / or heat sink 110, otherwise there is a minute difference between the heat spreader 104 and the heat sink 110. Will cause a hollow part.

図3aに模式的に例示される第1の実施形態によると、例えばいわゆる熱グリースなどの熱伝導材料301が、ヒートスプレッダ104とヒートシンク110との間に提供されてもよい。これは、ヒートスプレッダ104とヒートシンク110との間の熱的接触面積を更に増大させる。いわゆる熱グリースは、例えばシリコンオイル又は炭化水素油に分散される熱伝導性セラミック充填材を含んでもよい。   According to a first embodiment schematically illustrated in FIG. 3 a, a thermally conductive material 301 such as so-called thermal grease may be provided between the heat spreader 104 and the heat sink 110. This further increases the thermal contact area between the heat spreader 104 and the heat sink 110. So-called thermal greases may include a thermally conductive ceramic filler dispersed in, for example, silicon oil or hydrocarbon oil.

図3bに模式的に例示される第2の実施形態によると、ヒートスプレッダ104は、ソリッドステート照明モジュール102が回転によりソケット103に取付けられるときに、(より硬い)ヒートシンク110の表面116上のマイクロ変化によりマイクロスケールで塑性変形するのに十分に柔らかい金属を含んでもよい。発明者は、ブリネル硬度スケールで60未満の硬度を持つ金属が、所望の増大された熱的接触面積を達成するために、ヒートシンク110の表面116のマイクロ変化に適合するのに十分に柔らかいことを見出した。   According to a second embodiment schematically illustrated in FIG. 3b, the heat spreader 104 is a micro-change on the surface 116 of the (harder) heat sink 110 when the solid state lighting module 102 is attached to the socket 103 by rotation. May contain a metal that is sufficiently soft to plastically deform on a microscale. The inventor has found that a metal having a hardness of less than 60 on the Brinell hardness scale is soft enough to accommodate micro changes in the surface 116 of the heat sink 110 to achieve the desired increased thermal contact area. I found it.

特に、ソケット103へのソリッドステート照明モジュール102の回転取付けから生じるヒートスプレッダ104とヒートシンク110との間の圧力及び摩擦は、ヒートスプレッダ104の第2の表面115の金属に、ヒートシンク110の表面116における微小な変化に適合するように強制する。ブリネル硬度スケールで60未満の硬度を持つ適切な金属の例は、例えば純アルミニウム、スズ、鉛、及び銀を含む。例えば、Al 1000系からのアルミニウムは、ヒートシンク110に面する熱拡散部材の一部に用いることができる。   In particular, the pressure and friction between the heat spreader 104 and the heat sink 110 resulting from the rotational mounting of the solid state lighting module 102 to the socket 103 causes the metal on the second surface 115 of the heat spreader 104 to be minute on the surface 116 of the heat sink 110. Force to adapt to change. Examples of suitable metals having a hardness of less than 60 on the Brinell hardness scale include, for example, pure aluminum, tin, lead, and silver. For example, aluminum from the Al 1000 series can be used for a portion of the thermal diffusion member facing the heat sink 110.

図4a及び図4bは、本発明によるソリッドステート照明モジュール102の第3の実施形態を模式的に例示する。図4aを参照すると、ヒートスプレッダ104は、ばねが装着され、LED112から離れるように付勢された薄い波形の金属シートを有する。図4bに模式的に例示されるように、ヒートスプレッダ104がヒートシンク110に押し付けられるとき、ヒートスプレッダは、ヒートシンク110のマイクロ変化に適合し、これによって熱的接触面積が増大される。   4a and 4b schematically illustrate a third embodiment of a solid state lighting module 102 according to the present invention. Referring to FIG. 4 a, the heat spreader 104 has a thin corrugated metal sheet that is spring loaded and biased away from the LED 112. As schematically illustrated in FIG. 4b, when the heat spreader 104 is pressed against the heat sink 110, the heat spreader adapts to micro-changes in the heat sink 110, thereby increasing the thermal contact area.

加えて、開示された実施形態のバリエーションは、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、特許が請求された発明を実施する際に当業者により理解され、遂行されることができる。例えば、ソケットの中に含まれるヒートシンク110は、ブリネル・スケールで60未満の硬度を持つ金属、又は、ソリッドステート照明モジュール102に含まれるヒートスプレッダ104を参照して上記に説明されたばねが装着された薄い金属シートを含んでもよい。   In addition, variations of the disclosed embodiments can be understood and executed by those skilled in the art in practicing the claimed invention, from a study of the drawings, the disclosure, and the appended claims. . For example, the heat sink 110 contained in the socket is a thin metal fitted with a spring having a hardness of less than 60 on a Brinell scale or described above with reference to the heat spreader 104 included in the solid state lighting module 102. A metal sheet may be included.

請求項において、「を有する(comprising)」なる単語は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は、複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項において詳述されるという単なる事実は、これら手段の組合せが有利に使用できないことを示すものではない。   In the claims, the word “comprising” does not exclude other elements or steps, and the indefinite article “a” or “an” does not exclude a plurality. The mere fact that certain measures are recited in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of these measured cannot be used to advantage.

Claims (10)

リッドステート照明モジュールと、回転軸の周りでの回転により前記ソリッドステート照明モジュールを収容するためのソケットとを有するソリッドステート照明デバイスであって、
前記ソリッドステート照明モジュールは、
少なくとも一つのソリッドステート光源と、
対向して配置され、且つ、互いに熱的接続する第1の表面及び第2の表面を有する熱拡散部材であって、前記第1の表面は、前記少なくとも一つのソリッドステート光源と熱的接続する当該熱拡散部材と、
前記熱拡散部材の前記第2の表面を前記ソケットに含まれるヒートシンクと熱的接続させるために、前記ソケットに含まれる対応する締結手段と協動する締結手段と、
を有し、
前記ソケットは、
ヒートシンクと、
前記ソリッドステート照明モジュールに含まれる対応する締結手段と協働し、前記ヒートシンクの表面と前記ソリッドステート照明モジュールに含まれる前記熱拡散部材の前記第2の表面との間に熱的接触を提供する締結手段と、
を有し、
前記熱拡散部材の前記第2の表面は、前記回転軸に関して実質的に同心円状に配置された複数の山及び谷を持つ表面トポグラフィを有し、前記ヒートシンクの前記表面の前記表面トポグラフィは、前記熱拡散部材の前記第2の表面の前記表面トポグラフィと実質的に逆である、
ソリッドステート照明デバイス
And Seo lid state lighting module, a solid-state lighting device comprising a socket for receiving the solid-state lighting module by rotation about the axis of rotation,
The solid state lighting module includes:
At least one solid state light source;
A heat diffusing member disposed oppositely and having a first surface and a second surface thermally connected to each other, wherein the first surface is thermally connected to the at least one solid state light source The heat diffusion member;
Fastening means for cooperating with corresponding fastening means included in the socket to thermally connect the second surface of the heat spreading member to a heat sink included in the socket;
Have
The socket is
A heat sink,
Cooperating with corresponding fastening means included in the solid state lighting module to provide thermal contact between the surface of the heat sink and the second surface of the heat spreading member included in the solid state lighting module. Fastening means;
Have
The second surface of the heat diffusing member has a surface topography having a plurality of peaks and valleys arranged substantially concentrically with respect to the rotation axis, and the surface topography of the surface of the heat sink includes the surface topography Substantially opposite to the surface topography of the second surface of the heat spreading member;
Solid state lighting device .
隣り合う山及び/又は谷の間の前記回転軸に垂直な方向における距離は、少なくとも0.5mmである、請求項に記載のソリッドステート照明デバイスThe solid state lighting device according to claim 1 , wherein a distance between adjacent peaks and / or valleys in a direction perpendicular to the axis of rotation is at least 0.5 mm. 前記山及び前記谷との間の頂点間振幅は、少なくとも250μmである、請求項1又は2に記載のソリッドステート照明デバイス 3. The solid state lighting device according to claim 1, wherein an amplitude between the peaks between the peaks and the valleys is at least 250 μm. 前記山及び前記谷のそれぞれは、丸くなっている、請求項1乃至のいずれか一項に記載のソリッドステート照明デバイスThe mountain and each of the valleys, are rounded, solid-state lighting device according to any one of claims 1 to 3. 前記山及び前記谷のそれぞれは、少なくとも0.5mmの曲率半径を有する、請求項に記載のソリッドステート照明デバイスThe solid state lighting device of claim 4 , wherein each of the peaks and valleys has a radius of curvature of at least 0.5 mm. 前記ソリッドステート光源から離れる方に面する前記熱拡散部材の一部は、ブリネル硬度スケールで60未満の硬度を有する金属でできている、請求項1乃至のいずれか一項に記載のソリッドステート照明デバイスThe portion of the thermal diffusion member facing away from the solid state light source is made of a metal having a hardness of less than 60 in the Brinell hardness scale, solid state according to any one of claims 1 to 5 Lighting device . 前記熱拡散部材は、前記ソリッドステート照明モジュールの前記ソケットへの取付け時に、前記熱拡散部材が前記ソケットに含まれる前記ヒートシンクに接触されるときに、前記ソリッドステート光源に向かう方向に曲がる付勢ばねとして配置される金属シートを有する、請求項1乃至のいずれか一項に記載のソリッドステート照明デバイスThe heat diffusion member is a biasing spring that bends in a direction toward the solid state light source when the heat diffusion member is brought into contact with the heat sink included in the socket when the solid state lighting module is attached to the socket. with metal sheets arranged as, solid-state lighting device according to any one of claims 1 to 5. 前記熱拡散部材の前記第2の表面は、熱伝導材料で少なくとも部分的に覆われている、請求項1乃至のいずれか一項に記載のソリッドステート照明デバイスThe second surface thermally conductive material is at least partially covered, solid-state lighting device according to any one of claims 1 to 7 of the heat diffusion member. 前記ソリッドステート照明モジュールの前記ソケットへの取付けの間、前記熱拡散部材と前記ソケットに含まれる前記ヒートシンクとの間の摩擦を減らすために、前記熱伝導材料を少なくとも部分的に覆う熱拡散部材の第2の表面上にライナーを更に有する、請求項に記載のソリッドステート照明デバイスDuring the mounting of the solid state lighting module to the socket, a heat spreading member that at least partially covers the heat conducting material to reduce friction between the heat spreading member and the heat sink contained in the socket. The solid state lighting device of claim 8 , further comprising a liner on the second surface. 前記ヒートシンクの前記表面は、可塑性材料を含む、請求項に記載のソリッドステート照明デバイス。 Wherein the surface of said heat sink comprises a thermoplastic material, solid-state lighting device according to claim 1.
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